SOUPAPES DE SÛRETÉ DES CYLINDRES

D. — Quel est le but des soupapes de sûreté des cylindres ?

H. — Le but des soupapes de sûreté des cylindres est de laisser échapper Teau qui pourrait exister dans ces organes, soit par suite d'une condensation exagérée de la vapeur provenant d'un réchauffement insuffisant des chemises et principalement dans les cylindres en communication avec les condenseurs, soit par suite dun entraînement de l'eau des chaudières, entraînement dû à un niveau trop élevé ou à une diminution brusque de la pression résultant d'une mise en marche trop rapide de la machine ou d'une chauffe exagérée avec un nombre trop faible de chaudières allumées pour une marche trop grande même momentanée que Ton veut obtenir. Les entraînements d'eau sont encore dus à la nature de Teau d'alimentation, avec l'alimentation monohydrique, au bout d'un certain temps, l'eau est chargée de matières grasses, alliées à d'autres provenant de la décomposition des huiles; dans ce cas, il faut faire des extractions de surface et renouveler l'eau le plus tôt possible.

Les causes de la présence de l'eau dans les cylindres que nous venons d'énumérer étant faciles à éviter, et souvent se réduisant a deux : abaissement subit de la pression par une marche rapide et réchauffage insuffisant de la machine, il sera facile de prendre des mesures en conséquence pour éviter ces entraînements.

D. — Quels sont les principaux types de soupapes de sûreté employés dans les machines marines?

R, — Ces types sont :

l^ Le type Mazeline (fig. 32); ^ Le type d'indret (fig. 33); S" Les types du Creuset (ûg. 34) ; 4® Les types Claparede (ûg, 35).

1^ La soupape Mazeline placée à la partie inférieure du fond et du couvercle dans un logement ménagé par la fonderie.

L'ensemble de cette disposition comprend un siège ss en bronze parfaitement ajusté dans son logement, portant une traverse K percée â son centre d'un trou / pour le passage de la contre-tige t' de la soupape s légèrement bombée dans sa forme, également

en bronze et appuyant sur le siège par une zone conique ; le dessus de la soupape s est terminé par une croissance de matière en forme de crapaudine dans laquelle vient appuyer la tige < du cylindre b dans lequel est logé le ressort R de pression sous la soupape s; unétrierce logé dans le compartiment de la soupape et fixé par une extrémité à un rebord de son logement et à son autre extrémité portant une vis V appuyant sur un chapeau c' logé dans le cylindre b et comprimant le ressort K à la demande de la charge de la soupape; un contre-écrouc' fixe la vis dans la position qu'il convient. Au-dessus de la soupape s est placée une rondelle en caoutchouc G qui vient s'em-

Fig. 32.

Fig. 33. — Vues 1 cl 2.

boulir conlre une dorhe /• en cuivn» jaune (juand la soupapi* f'oiictioruK'. (ii'ttr inrinbraiip appuyer sur hi soupapn rst un duiible iiHiyrii «i'iihlriiir rélanchéité de «rlli'-ci: mais il f.x! :\ mnarquei" qui* quan»! la soupape s se soulag»'. l'eau chaudr r\ la vapeur viennent Irapper contre la rondelhï en caoulchoue «4 la détériorent promptement. L'étrier est introduit sous son logement par deuxcanelures pratiquées dans ré])aisseur du rebord.

2^ Type cVIndret (fig. 33). — Comme dans la disposition Mazeline cette soupap(; est logée dans un évidement prali(jué dans l'épaisseur du couvercle el du fond. I/ensemble comprend la soupape {{ en bronze appuyant sur son siège S également en bronze; la zone de partage est conique et parfaitement ajustée sur la partie supéricuire du siège; de même forme. La soupape est guidée par sa tige T et sa contre-lige t; elle est appuyée sur son siège à l'aide d'une

st^rie de ressorts à lame K; amenés à la tension voulue à l'aide d'une traverse g agissant elle-même sur un masque P appuyant sur les ressorts par le serrage des prisonniers j^p' de la traverse Q. Ce masque P est percé d'un trou 0 pour permettre l'êchappemenl de l'eau et de la vapeur.

Si par suite de la fatigue des ressorts la soupape venait à se s^>ulager à une pression inférieure à celle pour laquelle elle a été calculée, il faudrait introduire une rondelle entre le masque 0 et la traverse g afin d'olitenir une tension nouvelle des ressorts et correspondante à celle voulue. La tension des ressorts des soupapes est fixée par la surface de celles-ci et la pression maximum prévue dans chaque cylindre et augmentée de 1/4 d'atmosphère.

3*^ Types du Creusai. — Dans celte disposition, la soupape s qui

est en bronze est également logée dans un évidement des fonds,

elle repose sur un siège en bronze

par une zone conique, elle porte une

contre-tige t passant dans l'œil central du siège; un ressort en spirale R

appuie cette soupape sur son siège

par l'intermédiaire d'une vis V munie

d'un contre-écrou c; cette vis appuyée

sur une plaque P s'emboîtant dans

la partie cylindrique des spires du

ressort R et pressant par .sa couronne p. «,

sur la pariie extérieure. La boîte à

soupape e.st surmontée d'une calotte ce en bronze percée de trous

00 pour laisser échapper l'eau. Plusieurs autres dispositions ont été adoptées dans les nouvelles machines à haute pression et où les cylindres admetteurs ont de petits diamètres; ces dispositions sont rejirésentées dans les planches relatives à ces ma- « hine^. v.>ir replies du Flcmns cl Au Ihfpuy'dc-hmw.

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Cette soupape est placée à chaque extrémité du cylindre et sur le côté; le fond ne permettant pas de les recevoir.

4»^ Comme il est indiqué par la figure 35, la soupape C est logée dans une boite en bronze composée de deux parties B et B' la partie B' étant fixée au cylindre et porte le siège de la soupape C dont la zone de jiartage est conique, des nervures nn pénètrent dans lintérieur des spirale du ressort R; à la partie supérieure du ressort est également emboîté un cylindre creux M terminé par une partie pleine p servant de butoir â la partie p' delà soupape C

lorsque celle-ci se soulève; la pression ou la bande du ressort R est obtenue par la vis V, appuyant dans le fond de la pièce M et celle-ci par une embase ce comprime les spires du ressort.

La communication de la soupape avec le cylindre est en E et l'expulsion de Teau par le conduit 0 débouchant dans un collecteur qui conduit l'eau dans un récipient qui peut être mis en communication avec les bâches soit avec celui d'aspiration des pompes alimentaires.

La surface des soupapes est généralement composée dans les nouvelles machines entre le 1/30 et le 1/50 de la surface du piston.

Établir la tare des ressorts. — Pour cela, connaissant la surface de la soupape calculée sur le diamètre moyen de la zone de partage, il faut multiplier cette surface par la pression maximum du cylindre, au moment de la contrc- Pig. 35. pression qui peut être estimée au 1/5 en

plus de la pression normale et maximum de la vapeur aux chaudières. Par ce produit on aura la pression à laquelle il faudra opposer la résistance d'un ressort. Pour avoir cette tension il faudra construire son échelle de pression en servant de poids marqués, ou en se servant d'une balance, et en plaçant la branche verticale d'une équerre afîn que la flexion du ressort se fasse verticalement, et qu'il n'existe aucune erreur dans l'estimation. Une fois que l'on aura les flexions en mm. pour un poids déterminé, on pourra agir sur la vis V.

LE PISTON ET SES ACCESSOIRES, SES GARNITURES, SA COURONNE, SA TIGE, ETC.

Z). — Qu*est-ce que le piston ?

K. — Le piston est l'organe récepteur du travail moteur de la vapeur qui s'efl'ectue dans le cylindre. Sous l'action de la pression de la vapeur qu'il reçoit alternativement sur chacune de ses faces, il prend un mouvement rectiligne de va et vient dont l'amplitude constitue la longueur de sa course qui est limitée par la longueur du rayon de la manivelle; à l'aide de ses tiges ou d'une tige seule, et de la liaison de celle-ci avec le pied de la bielle dont la tête est

reliée au tourillon de Tarbre moteur, son mouvement rectiligne allernalif qu'il effectue, est transformé en mouvement circulaire continu à l'arbre moteur, lequel possède alors les deux facteurs du travail, effort et chemin parcouru par un point quelconque de sa circonférence. C'est sur cet arbre, que dans un atelier sont fixées les différentes poulies qui, à Taide de courroies ou d'engrenages, transmettent à chaque machine-outil la part de travail qui lui est nécessaire; c'est également sur la suite des arbres à l'arbre moteur, que les propulseurs hélices ou roues calées sur l'arbre porte-hélice ou roues utilisent le travail qui leur est communiqué, et transforment les deux facteurs effort et chemin parcouru en locomotion des bâtiments. Ces sur les pistons qu'à l'aide de courbes de pression relevées dans les cylindres on calcule la puissance des machines en tenant compte de l'effort moteur et du chemin parcouru pendant l'unité de temps. En appelant C la course du piston, 2 C représenteront un tour, n tours donneront par 1' le chemin parcouru et ce nombre divisé par 60 la

2cN vitesse par i'" d'où V = -x^'

DU

D. — De quoi se compose le piston ?

R. — Le piston se compose (fig. 36) :

1<> D'un disque P en fonte de fer pour les anciennes machines à moyenne pression. (Ce piston était lourd, sujet à avaries, et à cause de son poids et de la nature de son métal, ne pouvait pas se prêter aux grandes vitesses.) Ce disque p est composé de deux plateaux DD' réunis par des cloisons circulaires ee et armés de nervures verticales intérieures nn, consolidant les plateaux DD'. Le plateau D portant une saillie tournée a un diamètre un peu plus petit que celui du cylindre et sur laquelle viennent reposer les bagues 66 ou garnitures du piston.

2^ De ses garnitures ou bagues 66;

3<> De leurs ressorts d'appui rr, bandés à une tension de 0*^,2)0 par centimètre carré;

*> De leur couvre-joint J, réunissant la coupure de leur extrémité;

5<^ Des cales de centrage et d'appui du piston dd,

6* De la couronne CC, et de ses boulons v de fixation au piston;

1^ Des bossages ÏT par l'emmanchement des tiges;

8« Des vis de bandage des ressorts avec écrou et contre-écrou pour donner cette bande, en desserrant Técrou intérieur et en serrant Técrou extérieur.

Les évidements E compris entre les deux plateaux DD' et les nervures nn, étaient remplis de sable pour la coulée ; c'est par des trous pratiqués dans ces plateaux qu'on a retiré cette matière; c'est par des bouchons ou tampons 66 taraudés dans l'épaisseur

JIACBI5B8 MARIIIES. 5

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MAGHINBS A VAPEUB MARINES

d'une face d'un plateau qu'on a fermé ces trous; des vis frein vv empêchent ces tampons de se desserrer, on les a légèrement matés extérieurement pour assurer leur étanchéité et préserver les compartiments vides de toute humidité, et la conservation des filets des tampons bb; toutes ces précautions ne sont pas toujours suffisantes pour atteindre ce but indispensable; car, il est arrivé que le iiietage de ces tampons a été complètement détérioré et qu'ils sont tombés dans les cylindres en donnant lieu à de graves avaries; le filet dans la fonte laisse à désirer.

Une autre disposition de fermeture de ces trous a été employée et parait donner de meilleurs résultats sous tous les rapports.

Cette disposition consiste en un tampon 66, conique, évasé intérieurement en forme de queue d'aronde K; par le trou on introduit un boulon à ancre ou à té; on serre le tampon, et une fois serré à outrance, on coule du plomb dans l'évidement K que l'on mate fortement. Par ce moyen, on voit qu'avec l'ajustage conique du tampon et par le plomb qui sert de

Fig. 36. — Vues 1 et 2.

Fig. 37.

Fig. 36. — Vue 3.

frcin a Técrou de serrage, on peut compter sur une sécurité à peu près parfaite tant pour Tétanchéité du joint que par sa solidité; les vis vv sont également munies de goujons frein affleurés.

DESCRIPTION DKS MACHINES

Disposition du Grensot. — Pour fermer les trous à sable, le Creu- «ol emploie des entretoises taraudées à chaque extrémité, évidées au milieu, les trous de passage sont légèrement fraisés; les entreloises sont vissées à force et rivetées ensuite, on conçoit également que par ce moyen l'étanchéité et la solidité soient parfaitement assurées.

Dans ce piston qui sera encore représenté dans la nomenclature des différentes formes de piston; la garniture se compose d'une .irarnilure unique G, des écrous E dans lesquels se vissent les vis V de fixation de la couronne au corps du piston; de la série de ressort rrr, disposés par trois etdes intretoises E', fermant les trous de sable.

Fig. 37 bis.

De ses garnitures. — Les garnitures du piston qui sont métalliques peuvent consister en une seule bague en fonte de fer ou en acier; si elle est en fonte, et pour les cylindres horizontaux, elle est antifrictionnée; cet alliage peut varier dans la composition des métaux selon le constructeur, mais il est généralement composé de 4 parties de cuivre rouge, de 8 d'antimoine et de 88 d'étain. Cet alliage est suffisamment résistant à la pression que le poids du piston établit sur les parois inférieures du cylindre, il procure un frottement doux, ne produisant aucune rayure sur les parois du cylindre; l'antifriction est maintenue sur le pourtour de la garniture à l'aide de queues d*aronde. La garniture pour les cylindres horizontaux est généralement excentrée, son épaisseur est plus forte en bas que vers les extrémités où elle est coupée; cette coupure peut présenter plusieurs variétés, selon le nombre de bagues qui constitue la garniture complète, et selon l'idée du constructeur; cette différence d'épaisseur leur donne une bande naturelle. Les différentes coupures d'une garniture composée de plusieurs bagues sont représentées par la figure 38, vues 1,2 et 3.

1<* Elles sont coupées en trapèze, vue 1 ; avec coin d'étanchéité, en biseau, vue 2, et comme elles sont doubles, on fait en sorte que la coupure de chaque garniture fasse un angle suffisamment ^rand pour que la coupure de chaque garniture ne soit pas comprise dans l'angle qui forme la longueur des orifices du cylindre;

cet angle est prévu par la construction; sans cette précaution, les garnitures en se dilatant prendraient dans l'orifice.

2P Les garnitures peuvent se croiser moitié par moitié de leur largeur (voir 3); dans cette disposition, on voit que les extrémités 66 en glissant l'une sur l'autre, avec un espace libre c, assurent l'étanchéité demandée et en même temps elles peuvent se dilater; des ressorts ss placés de distance en distance empêchent ces garnitures de fléchir et assurent leur contact avec les parois du cylindre.

. 3*> Dans les garnitures du piston Mazcline (fig. 38, vues 2 et 4 et fig. 41), la garniture complète se compose de quatre bagues, deux extérieurs gg coupées en biseaux et deux intérieures 66 réunies à leur coupure par un hexagone; par cet hexogone, les garnitures intérieures ne forment qu'un cercle continu, et par leur dilatation, en augmentant de diamètre, elles appuient naturellement contre les garnitures extérieures qu'elles obligent à porter contre les parois du cylindre; mais en dehors de ce moyen de jonction il existe encore trois ressorts également répartis à leur partie supérieure, en regard, et de droite et de gauche de l'orifice, qui complètent le contact avec le cylindre, en tenant compte, comme somme de l'appui, de la bande naturelle des garnitures, et de celle fournie par ces trois ressorts. Comme il est indiqué par le dessin complet du piston Mazeline (fig. 41), il existe également des cales de centrage, sous lesquelles on peut introduire des cales de différentes épaisseurs pour ramener le piston constamment à sa position primitive, de façon à ce que les tiges du piston passent par le centre des presse-étoupes, ou soient un peu plus élevées que ce centre, pour tenir compte de l'usura qui se produit inévitablement sur les garnitures des pistons. Il faut empêcher le portage des tiges du piston sur le grain du presse-étoupe, c'est ce qui détermine à élever un peu les tiges du piston au moment du centrage pour ne pas donner lieu à un frottement sur la petite surface des grains, frottement qui occasionne des échauffements qu'il est toujours difficile de combattre; les tresses se brûlent et disparaissent en morceaux du presse-étoupe, ou plutôt en résidu poussiéreux.

Lorsque la garniture complète est composée d'une seule bague, {ûg. 39 vues i et 2) pour assurer son étanchéité à sa coupure, on se sert alors d'un couvre-joint. Ce couvre-joint se compose d'une plaque circulaire PP, généralement en bronze parfaitement ajustée sur son pourtour contre la face cg intérieure de la garniture. Cette plaque circulaire porte deux tenons t et f , le tenon t est ajusté dans une rainure pratiquée sur le pourtour de la carcasse du piston, et f dans un évidement e pratiqué aux deux extrémités de la garniture, et laissant un jeu suffisant pour la dilatation de cette garniture; le couvre-joint est fixé par une de ses extrémités

à la garniture par les vis v v, tandis que l'autre extrémité peut glisser à frottement sur la garniture, une vis V logée dans une mortaise M sert de guide et au cas de besoin à appliquer le couvre-joint contre la garniture.

Par cette disposition, on voit d'une part que la garniture peut se dilater librement, et que d'autre part l'étanchéité est assurée par le glissement sans jeu du couvre-joint contre la garniture ; elle peut s'infléchir sous la pression de Teau résultant d'un

entraînement des chaudières. Cette garniture peut être employée pour les machines horizontales ou pour les machines verticales : mais comme nous le verrons dans les variétés des pistons, ces derniers ont toujours des cales de centrage. Il ne faut pas que le piston, en regard des orifices soit poussé au bord opposé par le jet de vapeur qui arrive ; les ressorts pourraient se prêter à cette poussée

Fig. 38.

Fig. 39. — Vues 1 et 2.

et les garnitures fléchir, tandis que avec des cales tout autour, le piston reste centré.

Dans la coupure trapézoïdale de la figure 38, vue 1, on voit qu'avec le coin c dont on peut régler l'enfoncement entre les deux extrémités de la garniture à l'aide d'un ressort r et d'un écrou e qui appuie sur ce ressort, la réaction du ressort agit sur lo coin c et écarte les extrémités de la bague ; on obtient donc en même temps et la bande de la garniture et l'étanchéité.